JPS6318308A

JPS6318308A - 光半導体素子モジユ−ル

Info

Publication number: JPS6318308A
Application number: JP16301186A
Authority: JP
Inventors: Minoru Shikada; 鹿田　實; Koichi Minemura; 峰村　孝一
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1986-07-10
Publication date: 1988-01-26
Also published as: JPH0569406B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光フアイバ通信等に使用される光半導体素子と
光ファイバとを結合した光半導体素子モジュールに関す
る。

〔従来の技術〕

光半導体素子や光ファイバの性能の向上に伴い光フアイ
バ通信システムの実用化が急速に進んでいる。この実用
化を一層進める上で光ファイバと光半導体素子との光学
的結合を行なう高信頼でしかも低コストの結合モジュー
ルの実現が重要である。結合モジュールとしては半導体
レーザと光ファイバとを結合させる半導体レーザモジュ
ールや光検出器と光ファイバを結合させる光検出器モジ
ュール等があるが、以下では実用上重要な半導体レーザ
モジュールを中心に話を進める。

従来、光フアイバ通信用の半導体レーザモジュール（以
下、ＬＤモジュールと称する）としてはさまざまなもの
が考案されているが、大きく分けて、ロッドレンズ等を
介して光結合を行なう同軸型モジュールと先球加工を施
したファイバを用いて直接結合を行なうフラット型モジ
ュールの二種類に分けられる。以下、これらのモジュー
ルの利点と問題点について説明する。

第１の種類の同軸型モジュールは最も初期に考えられた
もので、例えば特開昭５７−２１１２８９号公報の中で
示された構造例にみられるように、窓ガラスのついた円
筒形のパッケージ内に気密封止されたレーザダイオード
（以下、ＬＤと称する）をまず製作し、次にＬＤから放
射される光が効率よくファイバに結合するように同軸型
の部材にマウントされたＬＤ、レンズおよびファイバを
相互に位置調整したのち、固定するという方法をとって
いる。−最にＬＤとファイバ（特に単一モードファイバ
）の間の結合においては極めて厳しい位置精度が要求さ
れるので、温度変化によって結合効率等が変動したり、
経時変化によって結合効率に進行性の劣化を生じる可能
性があるが、この同軸型モジュールの場合には、モジュ
ールの中心軸に対して対称な構造が形成されているので
断面内において変動要因が相殺され、安定な結合が得ら
れる。しかしこの構造では、予め円筒形のパッケージ内
に組立てられたＬＤを使用することを前提としているの
で、同一パッケージ内に周辺回路・素子を搭載した付加
価値の高い複合型のモジュールを構成することができな
い、またベルチェ素子等を用いてＬＤの温度安定化を行
なうこともパッケージ等が大きいため困難である。さら
に、モジュールの外形が円筒形になるため、通信機器の
中に実装する際の実装性が悪い事も不利な点である。

第二の種類のフラット型モジュールは昭和５９年度電子
通信学会総合全国大会９７５において示されたように箱
型のケースの内部にＬＤを搭載し、ケースの側壁を経由
して先球ファイバを導入し、ファイバの先端付近をＬＤ
の近傍において固定剤により固定する方式である。この
モジュールの場合には箱型のケースを使用しているので
、集積回路に用いられるＤＩＰ型パッケージを採用でき
、プリント基板上に直接実装することができる。また、
ケース内部の面積を大きくすれば同一パッケージ内に周
辺回路・素子を実装することが容易である。しかもＬＤ
とファイバの結合部は小形なのでベルチェ素子を用いて
温度安定化することも容易である。しかし、このモジュ
ールの場合にはファイバの被覆がガスを吸着しやすいの
でヘリウムガスや放射性ガスを用いての気密性テストを
行なうことができず、気密封止の信頼度に難点がある。

また、このモジュールで特に単一モードファイバを用い
た場合には、ＬＤと単一モードファイバとの間の位置調
整精度が厳しいために、安定な結合を実現するためには
結合効率を犠牲にしなければならない点が不利である。

また、モジュール内に光アイソレータを内蔵することに
より伝送特性の優れたモジュールを構成できる可能性が
知られているが、このモジュールの場合にはＬＤとファ
イバ先端が近接しているため光アイソレータを挿入する
ことができない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した二種類のモジュールの問題点をまとめると
次のようになる。

まず、同軸型モジュールでは（イ）複合化に適しておら
ず、（ロ）実装性が悪いという欠点がある。また（ハ）
温度安定化が難しいという欠点がある。次に、フラット
型モジュールでは（イ）気密封止の信頼度が低く、（ロ
）結合を安定にするために結合効率を低く抑えなければ
ならないという欠点がある。

本発明の目的はレーザとファイバの結合が高効率・安定
であり、気密封止の信頼度が高く、通信機器に実装する
際の実装性に優れた光半導体モジュールを提供すること
にある。

本発明の他の目的は、周辺回路が内蔵でき付加価値の高
い光半導体モジュールを提供することにある。

本発明の更に池の目的は、温度安定化が可能な光半導体
モジュールを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光半導体モジュールは、光半導体素子をマウン
トする平坦部、光導出孔を有する側壁、及び前記光導出
孔内に挿入されてこれを気密封止するレンズとを有する
第１の容器と、前記光導出孔の外側に配置され前記レン
ズを介して前記光半導体素子と光学的に結きする光ファ
イバと、前記第１の容器が内部に設置され前記光ファイ
バがその側壁を貫通して外部に導出された第２の容器と
を含んでなるものである。

〔作用〕

本発明はパッケージ（容器）を二重構造にして、内側の
第１の容器で結合特性の高性能化、気密封止の高信頼化
を、外側の第２の容器で周辺回路の内蔵可能性、温度安
定性、実装性の改善をはかれるように機能を分離するこ
とにより前述の諸問題を解決するものである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ＞は本発明の第１の実施例の平面図、第１図
（ｂ）は第１図（ａ）のｘ−ｘ”線断面図である。但し
、便宜上、半導体レーザチップブ、ヒートシンク２．チ
ップキャリア３．ロッドレンズ７、光ファイバ９．光フ
アイバ被覆線１０、ホトダイオード１２．ベルチェ素子
は切断していない。

この実施例は、光半導体素子である半導体レーザチップ
１をヒートシンク２．チップキャリア３を介してマウン
トする平坦部４．光導出孔５を有する側壁６、及び光導
出孔５内に挿入されてこれを気密封止するロッドレンズ
７とを有する第１の容器８と、光導出孔５の外側に配置
されロッドレンズ７を介して半導体レーザチップ１と光
学的に結合する光ファイバ９を有する光フアイバ被覆線
１０、第１の容器８が内部に設置され光ファイバ９がそ
の側壁を貫通して外部に導出された第２の容器１１とを
含んでなるものである。

詳述すると、第１の容器８の側壁６には光導出孔５が設
けられてその中には側面に金属膜を施した集束性のロッ
ドレンズ７がはんだによって融着固定され、半導体レー
ザチップ１の出力光を第１の容器８の外部に取出すとと
もに、第１の容器８の気密を保持している。第１の容器
８内にはさらにホトダイオード１２がマウントされてお
り、半導体レーザチップ１の共振器の裏面出力光レベル
をモニタしている。そして、第１の容器８の上面には第
１のキャップ１３がシーム溶接されて気密を保持するよ
うになっている。半導体レーザチップ１およびホトダイ
オード１２は第１の容器８の側壁６に設けられた各電極
リード１４等にボンディング線１５を介して電気的に接
続されている。

一方、集束性ロッドレンズ７を介して第１の容器８の外
部に取出された出力光は単一モードの光ファイバ９に結
合される。光ファイバ９は入射端部１６が金属性のキャ
ピラリー１７によって、その他の部分がナイロンによっ
て保護され光フアイバ被覆線１０を構成しているが、出
力光と光ファイバ９の結合が最適に調整された後、この
キャピラリー１７が金属スリーブ１８を介して第１の容
器８の側壁６にＹＡＧレーザ光を用いてスポット溶接さ
れて固定される。

このようにして得られた第１の容器８及び光ファイバ９
の結合体は次に箱形の第２の容器１１内に固定される。

この際、第１の容器８はベルチェ素子１９からなる温度
制御部材を介して第２の容器１１に低融点半田を用いて
融着されており、第１の容器８がこのベルチェ素子１９
を用いて温度制御される。一方、光ファイバ９は、第２
の容器１１の側壁から外部に取出されるが、第１の容器
８が第２の容器１１上に固定された後、断熱用のセラミ
ックパイプ２０部に光フアイバ被覆線１０のナイロン部
分が接着固定される。そして、第１の容器８の各電極リ
ード１４が第２の容器１１の外部電極リード２１とそれ
ぞれボンディング線１５によって接続された後、第２の
キャップ２２で封止される。

このようにして得られた光半導体モジュールは、半導体
レーザ１と光ファイバ９の結合効率が４５〜５０％と高
く、しがも光ファイバ９の中心軸に対してスポット溶接
部、レンズ融着部等をほぼ軸対称に配置できているので
、結合効率の経時変化も小さくできた。また、第１の容
器８の気密封止が容易である上に、第１の容器８内に半
導体レーザチップ１を気密封止した段階でリークチック
ができるので気密封止の信頼性を高めることができた。

さらにはベルチェ素子１つを用いて半導体レーザ１の温
度安定化をすることもできた。そして、外観はＤＩＰ形
の容器であるので通信機器等への実装性も良くすること
ができた。

第２図は本発明の第２の実施例を示す平面図である。こ
の実施例は第２の容器１１内に半導体レーザ駆動用の電
気回路部２３を配したもので他は第１の実施例と同じで
ある。電気回路部２３は半導体レーザを駆動する駆動回
路部２４、ＬＤの出力レベルを一定に保つためにホトダ
イオードの出力をモニタし、半導体レーザのバイアス電
流等を制御する自動出力制御回路部２５からなっている
。これらの回路はいずれも専用のＩＣ″′Ｃ−構成され
ており、第１の容器８の電極リード１４、第２の容器１
１の外部電極リード２１とそれぞれ接続されている。第
１の容器８の内部構造は第１の実施例と同一なので説明
をしない。

本発明においては以上の実施例の他にいくつかの変形が
可能である。実施例では半導体レーザを用いた例を示し
たが、発光ダイオードを用いた送信モジュール、アバラ
ンシェホトダイオードを用いた光検出器モジュールにこ
の発明を適用することも可能である。また集束性ロッド
レンズ７と光ファイバ９の入射端部の間に光アイソレー
タを挿入することも可能である。さらには、集束性ロッ
ドレンズ７の他に球レンズ、球面レンズ、複数枚のレン
ズ等を配することも可能である。゛また、第１の実施例
の第１の容器８の内部に、半導体レーザを駆動する電気
回路を入れてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、光半導体素子を内蔵する
第１の容器の側壁に設けられた光導出孔内に挿入されて
これを気密封止するレンズの外側に光ファイバを配置し
たものを第２の容器に収納し、光ファイバを第２の容器
の側壁を貫通して外部に導出することにより、光半導体
素子と光ファイバの結合が高効率・安定であり、気密封
止の信頼度が高く、通信機器に実装する際の実装性が優
れている光半導体素子モジュールが得られる効果があり
、又、周辺回路を第１又は第２の容器に実装することに
より、温度制御が可能で付加価値を高めることができる
という効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例の平面図、第１図
（ｂ）は第１図（ａ）のｘ−ｘ’線断面図、第２図は本
発明の第２の実施例の平面図である。１・・・半導体レーザチップ、２・・・ヒートシンク、
３・・・チップキャリア、４・・・平坦部、５・・・光
導出孔、６・・・側壁、７・・・ロッドレンズ、８・・
・第１の容器、９・・・光ファイバ、１０・・・光フア
イバ被覆線、１１・・・第２の容器、１２・・・ホトダ
イオード、１３・・・第１のキャップ、１４・・・電極
リード、１５・・・ボンディング線、１６・・・光ファ
イバの入力端部、１７・・・キャピラリー、１８・・・
金属スリーブ、１つ・・・ベルチェ素子、２０・・・セ
ラミックパイプ、２１・・・外部電極リード、２２・・
・第２のキャップ、２３・・・電気回路部、２４・・・
駆動回路部、２５・・・自動出力制御回路部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光半導体素子をマウントする平坦部、光導出孔を
有する側壁、及び前記光導出孔内に挿入されてこれを気
密封止するレンズとを有する第１の容器と、前記光導出
孔の外側に配置され前記レンズを介して前記光半導体素
子と光学的に結合する光ファイバと、前記第１の容器が
内部に設置され前記光ファイバがその側壁を貫通して外
部に導出された第２の容器とを含んでなることを特徴と
する光半導体素子モジュール。
（２）第１の容器が温度制御部材を介して第２の容器に
固定されている特許請求の範囲第（１）項記載の光半導
体素子モジュール。